Гідроліз солей

До реакцій обміну в розчинах належить взаємодія між кислотами і основами, в результаті якої утворюється сіль і вода. Такі реакції називаються реакціями нейтралізації. Вони йдуть до кінця тільки тоді, коли реагують сильні основи і кислоти. Наприклад:

HCl + KOH ® KCl + H₂O;

H⁺ + Cl^- +K⁺ + OH^- ® K⁺ + Cl^- + H₂O;

H⁺ + OH^- ® H₂O.

Скорочене іонне рівняння показує, що рівновага практично повністю зміщується в сторону утворення води. Нейтралізація кислот і основ, різних за силою, до кінця не відбувається. Наприклад:

CH₃COOH + KOH «CH₃COOК + H₂O;

CH₃COOH + OH^- «CH₃COO^- + H₂O;

HCl + NH₄OH «NH₄Cl + H₂O;

H ⁺ + NH₄OH «NH₄⁺ + H₂O.

Ці реакції оборотні, тому що малодисоційовані сполуки утворюються в результаті прямої і зворотної реакцій.

Реакція, зворотна реакція нейтралізації, тобто взаємодія солі з водою з утворенням кислоти і основи, називається гідролізом солі.

Причиною гідролізу є участь у реакції слабкої основи і кислоти. При цьому катіон солі (відповідний слабкій основі) поляризує молекулу води і зв’язує гідроксильний іон. Визволений іон Н⁺ утворює кисле середовище (рН < 7). Навпаки, аніон солі, відповідний слабкій кислоті, зв’язує іон Н⁺ води і визволяє іон ОН^- (рН > 7).

Розглянемо гідроліз різних солей.

1. Солі сильної кислоти і сильної основи гідролізу не підлягають, рН» 7 (NaCl; Ba(NO₃)₂; K₂SO₄).

2. Солі сильної кислоти і слабкої основи гідролізуються зі збільшенням концентрації Н⁺:

NH₄NO₃ + H₂O «NH₄OH + HNO₃;

NH₄₊ + H₂O «NH₄OH + H⁺; pH < 7.

3. Солі слабкої кислоти і сильної основи гідролізуються зі збільшенням концентрації ОН^-:

KCN + H₂O «KOH + HCN;

CN^- + H₂O «OH^- + HCN; pH > 7.

4. Солі слабких кислот і основ гідролізуються, і рН розчину залежить від їх відносної сили і взагалі близький до 7:

CH₃COONH₄ + H₂O «NH₄OH + CH₃COOH;

CH₃COO^- + NH₄⁺ + H₂O «NH₄OH + CH₃COOH; pH» 7.

5. Гідроліз солей багатоосновних кислот або багатокислотних основ відбувається ступінчасто:

а) K₃PO₄ + H₂O «K₂HPO₄ + KOH;

PO₄^3- + H₂O «HPO₄^2- + OH^-; pH > 7;

K₂HPO₄ + H₂O «KH₂PO₄ + KOH;

HPO₄^2- + H₂O «H₂PO₄^- + OH^-; pH > 7,

гідроліз до кінця не проходить, тому що накопичення іонів ОН^- заважає утворенню Н₃РО₄;

б) FeCl₃ + H₂O «FeOHCl₂ + HCl;

Fe³⁺ + H₂O «Fe (OH)²⁺ + H⁺; pH < 7;

FeOHCl₂ + H₂O «Fe(OH)₂Cl + HCl;

Fe(OH)²⁺ + H₂O «Fe(OH)₂⁺ + H⁺; pH < 7,

накопичення іонів Н⁺ заважає утворенню Fe(OH)₃ по третьому ступеню;

в) гідроліз солей дуже слабких основ і кислот (Al₂S₃, Cr₂S₃, Al₂(CO₃)₃…) відбувається до кінця. В розчині такі солі не існують (в таблиці розчинності їх позначають знаком "-");

Cr₂S₃ + 6H₂O = 2Cr(OH)₃Ї + 3H₂S­; pH» 7;

Fe(CO₃)₃ + 6H₂O = 2Fe(OH)₃Ї + 3H₂CO₃; pH» 7.

3H₂O 3CO₂

Кількісно гідроліз у розбавлених розчинах характеризується константою гідролізу. Наприклад, гідроліз NaCN:

NaCN + H₂O «NaOH + HCN; CN^-+ Н₂О «HCN + OH^-.

Це – оборотний процес, тому йому відповідає константа рівноваги

К = .

Для розбавлених розчинів [H₂O]>>[HCN], тоді можна вважати, що [H₂O] = const,

K ^.[H₂O]= K _г = = =

В цьому випадку константа гідролізу К _г = K_w / K _кис. Для солі слабкої основи і сильної кислоти K _r = K_w / K _осн, для солі слабкої основи і кислоти K _r = K_w /(K _кис ^. K _осн)_.

Ступінь гідролізу b_г - відношення числа гідролізованих молекул до загального числа молекул солі в розчині – звўязаний з константою гідролізу співвідношенням b_r = , де С_М - молярна концентрація солі.

Згідно з принципом ле Шательє розбавлення розчину солі і підвищення температури посилює гідроліз

Приклад 1. Визначити K _r і b_r для 0,1М розчину Na₃PO₄ (константи дисоціації H₃PO₄ відповідно дорівнюють K ₁ = 7^.10^-3; K ₂ = 6^.10^-8; K ₃ = 4^.10^-13).

Розвўязок:

1. К _г1 -? b_r1 -?

PO₄^3- + H₂O = HPO₄^2-+ OH^-. Гідроліз по першому ступеню повўязаний з дисоціацією кислоти по третьому ступеню (HPO₄^2- = H⁺ + PO₄^3-) і K ₃. Тому

K r₁ = K_w / K ₃ = 10^-14 / 4^.10^-13 = 0,025;

b_r1 = = = 0,5 (50 %).

2. К _г2 -? b_г2 -?

HPO₄^2- + H₂O = H₂PO₄^1- + OH^-

K _r2 = K_w / K ₂ = 10^-14 / 6^.10^-8 = 1,67^.10^-7;

b_r2 = = = 1,84^.10^-7 (0,184 %);

C_М (HPO₄^2-) = 0,1^. 0,5, тому що br₁ = 50 %, тобто 50 % Na₃PO₄ перетворилось у Na₂HPO₄.

Відповідь: K_r1 = 0,025, b_r1 = 50 %, K_r2 = 1,67^.10^-7, b_r2 = 0,184 %.